JP2020109752A - Novel catalytic layer constitution for improving performance of membrane electrode assembly having ion liquid - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、概して、燃料電池に関し、より具体的には、イオン液体を有する高分子電解質膜燃料電池のカソード触媒に関する。 The present disclosure relates generally to fuel cells, and more specifically to cathode catalysts for polymer electrolyte membrane fuel cells having ionic liquids.
背景
本明細書中に記載される背景説明は、本開示の背景にある状況の概括的な提示を目的とするものである。本明細書中において名前が挙げられている発明者らの研究成果が当該背景説明部分に記載されていた場合にはその記載内容と、その記載内容に記載されいていて出願時に先行技術として認定され得ない態様とは、いずれも、明示または黙示を問わず、本発明に係る技術に対する先行技術とは認められない。
BACKGROUND The background description provided herein is for the purpose of generally presenting the context behind the disclosure. If the research results of the inventors named in this specification are described in the background explanation part, the description content and the description content that was described in the description content are recognized as prior art at the time of application. None of the obtained modes, whether express or implied, is not regarded as prior art to the technique according to the present invention.
燃料電池自動車は、エネルギー効率が高く、ゼロ・エミッション動力伝達プラットフォームを有しているため、将来のモビリティーを実現できるのではないかと期待されている。現在市場に出ている燃料電池自動車はすべて、高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）を使用している。ＰＥＭＦＣ技術は、商業化されてから何十年も経過した今でも、大きな課題として、高い材料コストと実質的な性能ギャップとを抱えている。 Fuel cell vehicles are highly energy efficient and have a zero-emission power transmission platform, so it is expected that future mobility will be realized. All fuel cell vehicles currently on the market use polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC). PEMFC technology, even after decades of commercialization, still faces significant material costs and substantial performance gaps as major challenges.
ＰＥＭＦＣは、典型的には、酸素還元反応が生じるために、その電極触媒層中でプロトン輸送が高効率で生じる必要がある。しかし、非常に乾燥した条件においては、水が十分にないためにプロトン輸送が不良となり、性能が落ちることが多い。また逆に、水が過剰であっても、性能が落ちる可能性がある。したがって、変動する湿度条件下においても優れたプロトン輸送能力を有する、改善されたＰＥＭＦＣ触媒層の開発が望ましいであろう。 A PEMFC typically requires highly efficient proton transport in its electrocatalyst layer because of the oxygen reduction reaction. However, under very dry conditions, there is often insufficient water, resulting in poor proton transport, and often poor performance. On the contrary, even if the water is excessive, the performance may deteriorate. Therefore, it would be desirable to develop improved PEMFC catalyst layers that have excellent proton transport capabilities even under varying humidity conditions.
概要
この節では、本開示の概括的な概要が示されるが、これは、本開示の範囲のすべてまたは特徴のすべてを総括的に開示するものではない。
Overview This section provides a general overview of the disclosure, but is not an exhaustive disclosure of all of the scope or features of the present disclosure.
多様な態様において、本発明の教示によって、高分子電解質膜燃料電池のための膜電極接合体（ＭＥＡ）が提供される。ＭＥＡは、アノード触媒層と、カソード触媒層と、アノード触媒層とカソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜とを含む。アノード触媒層は、白金および白金合金からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持アノード触媒粒子を含む。カソード触媒層は、１−メチル−２，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−１Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン−９−イウム １，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホネート（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）を含むイオン液体を、炭素担持カソード触媒粒子との混和物の状態で含む。カソード触媒粒子は、白金および白金合金からなる群より選択される金属の粒子を含む。ＭＥＡは、さらに、アノード触媒層とカソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜を含む。 In various aspects, the teachings of the present invention provide a membrane electrode assembly (MEA) for a polymer electrolyte membrane fuel cell. The MEA includes an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, and a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer. The anode catalyst layer comprises carbon-supported anode catalyst particles containing particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys. The cathode catalyst layer is 1-methyl-2,3,4,6,7,8-hexahydro-1H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin-9-ium 1,1,2,2,3,3,3. 4,4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate ionic liquid containing ([MTBD] [C 4 F 9 SO 3]), including in the form of admixture with carbon-supported cathode catalyst particles. The cathode catalyst particles include particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys. The MEA further includes a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer.
他の態様において、本発明の教示によって、高分子電解質膜燃料電池のための膜電極接合体（ＭＥＡ）が提供される。ＭＥＡは、アノード触媒層と、カソード触媒層と、アノード触媒層とカソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜とを含む。アノード触媒層は、１−メチル−２，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−１Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン−９−イウム １，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホネート（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）を含むイオン液体を、白金および白金合金からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持アノード触媒粒子との混和物の状態で含む。カソード触媒層は、イオン液体（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）を、炭素担持カソード触媒粒子との混和物の状態で含む。カソード触媒粒子は、白金および白金合金からなる群より選択される金属の粒子を含む。ＭＥＡは、さらに、アノード触媒層とカソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜を含む。 In another aspect, the teachings of the present invention provide a membrane electrode assembly (MEA) for a polymer electrolyte membrane fuel cell. The MEA includes an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, and a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer. The anode catalyst layer is 1-methyl-2,3,4,6,7,8-hexahydro-1H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin-9-ium 1,1,2,2,3,3,3. 4,4,4 nonafluorobutane-1-sulfonate ([MTBD] [C 4 F 9 SO 3]) the ionic liquid containing the carbon bearing comprising particles of metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloy It is included in the form of a mixture with the anode catalyst particles. The cathode catalyst layer, the ionic liquid ([MTBD] [C 4 F 9 SO 3]), including in the form of admixture with carbon-supported cathode catalyst particles. The cathode catalyst particles include particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys. The MEA further includes a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer.
さらに他の態様において、本発明の教示によって、複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）が積層されることにより形成される高分子電解質膜燃料電池が提供される。各ＭＥＡは、アノード触媒層と、カソード触媒層と、アノード触媒層とカソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜とを含む。アノード触媒層は、白金および白金合金からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持アノード触媒粒子を含む。カソード触媒層は、１−メチル−２，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−１Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン−９−イウム １，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホネート（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）を含むイオン液体を、炭素担持カソード触媒粒子との混和物の状態で含む。カソード触媒粒子は、白金および白金合金からなる群より選択される金属の粒子を含む。ＭＥＡは、さらに、アノード触媒層とカソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜を含む。 In yet another aspect, the teachings of the present invention provide a polymer electrolyte membrane fuel cell formed by stacking a plurality of membrane electrode assemblies (MEAs). Each MEA includes an anode catalyst layer, a cathode catalyst layer, and a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer. The anode catalyst layer comprises carbon-supported anode catalyst particles containing particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys. The cathode catalyst layer is 1-methyl-2,3,4,6,7,8-hexahydro-1H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin-9-ium 1,1,2,2,3,3,3. 4,4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate ionic liquid containing ([MTBD] [C 4 F 9 SO 3]), including in the form of admixture with carbon-supported cathode catalyst particles. The cathode catalyst particles include particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys. The MEA further includes a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer.
上述される結合技術のさらなる利用可能範囲、および上述される結合技術を拡充する多様な方法が、本明細書中の記載から明らかとなるであろう。本概要の記載内容および本概要において示される具体例は、例示のみを意図するものであって、本開示の範囲を限定するものではない。 Further areas of applicability of the coupling techniques described above, and various ways of expanding the coupling techniques described above, will be apparent from the description herein. The description in this summary and the specific examples shown in this summary are intended for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the disclosure.
本発明の教示内容に対する理解は、詳細な説明と添付の図面とにより、さらに完全となるであろう。
本明細書中において上述される図面は、具体的な態様について説明するという目的のもとで、本発明に係る技術の全般的な特徴のうち本発明に係る方法、アルゴリズム、およびデバイスの全般的な特徴の例を示すことを意図するものである。これらの図面は、任意の態様の特徴を正確に反映したものではない場合があり、必ずしも、具体的な実施形態を本技術の範囲内に定義または限定することを意図するものではない。さらには、図面を組み合わせたものに由来する特徴を組み込んだ態様もあり得る。 The drawings described above in this specification are for the purpose of describing specific embodiments, and are general features of the method, algorithm, and device according to the invention among the general features of the technology according to the invention. It is intended to show examples of various features. These drawings may not accurately reflect the features of any aspect and are not necessarily intended to define or limit specific embodiments within the scope of the present technology. Further, there may be a mode in which features derived from a combination of the drawings are incorporated.
詳細な説明
本発明の教示によれば、高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）のための膜電極接合体（ＭＥＡ）が記載される。本発明の教示に係るＭＥＡは、触媒とプロトン性のイオン液体との新規の複合体を有する電極を含む。開示されているＭＥＡは、プロトン性のイオン液体を有さないＭＥＡと比較して、広範囲の電流密度にわたり、低い相対湿度における性能がとりわけ優れている。開示されているＭＥＡは、プロトン性のイオン液体を有さないＭＥＡと比較して、高い電流密度において、高い相対湿度における性能がとりわけ優れている。
DETAILED DESCRIPTION In accordance with the teachings of the present invention, a membrane electrode assembly (MEA) for a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) is described. MEAs in accordance with the teachings of the present invention include an electrode having a novel complex of catalyst and protic ionic liquid. The disclosed MEA's perform particularly well at low relative humidity over a wide range of current densities as compared to MEAs without a protic ionic liquid. The disclosed MEAs perform particularly well at high current densities and at high relative humidity, as compared to MEAs that do not have a protic ionic liquid.
本発明の教示に係るＭＥＡは、カソード触媒と式［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］のイオン液体とが混合された複合カソードを含む。この触媒は、白金または白金−コバルト合金などの白金合金を含んでよい。複合カソードは、低湿度および高湿度のいずれにおいても、ＭＥＡの性能を改善する。 MEA according to the teachings of the present invention, includes a cathode catalyst and the formula [MTBD] [C 4 F 9 SO 3] compound cathode ion and liquid are mixed. The catalyst may include platinum or platinum alloys such as platinum-cobalt alloys. The composite cathode improves the performance of the MEA at both low and high humidity.
図１は、開示されているＰＥＭＦＣのためのＭＥＡ １００の一例の概略断面図である。ＭＥＡ １００は高分子電解質膜（ＰＥＭ）１１０を含み、高分子電解質膜（ＰＥＭ）１１０は、膜１１０の全域にわたるプロトン移送（すなわちプロトン伝導）を支持するよう、かつ、電気絶縁性であるように構成される。ＰＥＭ １１０は、純粋な高分子膜または複合膜のいずれであってもよく、パーフルオロスルホン酸、これ以外のフッ素系高分子、または任意の他の好適な材料などの、任意の好適な材料で形成されてよい。ＭＥＡ １００は、アノードにおける水素分解反応：
Ｈ２→２ｅ−＋２Ｈ＋
における電解を触媒するよう構成されるアノード触媒層１２０をさらに含む。アノード触媒層は、実質的に、カーボンブラックなどの炭素に担持された白金または白金合金のアノード触媒粒子で形成されてよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an example MEA 100 for the disclosed PEMFC. The MEA 100 includes a polyelectrolyte membrane (PEM) 110, which supports the proton transport (ie, proton conduction) across the membrane 110 and is electrically insulating. Composed. PEM 110 can be either a pure polymeric membrane or a composite membrane, and can be any suitable material such as perfluorosulfonic acid, other fluoropolymers, or any other suitable material. It may be formed. MEA 100 is a hydrogen decomposition reaction at the anode:
H 2 →2e − +2H +
Further comprising an anode catalyst layer 120 configured to catalyze electrolysis in. The anode catalyst layer may be formed substantially of platinum or platinum alloy anode catalyst particles supported on carbon such as carbon black.
ＭＥＡ １００は、酸素還元反応：
Ｏ２＋４ｅ−＋４Ｈ＋→２Ｈ２Ｏ
を触媒するよう構成されるカソード触媒層１３０をさらに含む。カソード触媒層は、カーボンブラックなどの炭素に担持された白金または白金合金のカソード触媒粒子を含んでよい。カソード触媒は、典型的には、さらに、イオン液体を、炭素担持カソード触媒粒子との混和物の状態で含んでよい。多くの実装形態において、イオン液体は、１−メチル−２，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−１Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン−９−イウム １，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホネート（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）であってよい。図２は、ＭＴＢＤカチオンおよびＣ４Ｆ９ＳＯ３アニオンを示す線図である。いくつかの実装形態において、カソード触媒粒子は白金−コバルト合金であってよい。こうしたいくつかの実装形態において、白金とコバルトの重量比は約１０：１であってよい。
MEA 100 is an oxygen reduction reaction:
O 2 +4e − +4H + →2H 2 O
And a cathode catalyst layer 130 configured to catalyze. The cathode catalyst layer may include platinum or platinum alloy cathode catalyst particles supported on carbon, such as carbon black. The cathode catalyst typically may further comprise an ionic liquid in admixture with the carbon supported cathode catalyst particles. In many implementations, the ionic liquid is 1-methyl-2,3,4,6,7,8-hexahydro-1H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin-9-ium 1,1,2,2. , 3,3,4,4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate ([MTBD][C 4 F 9 SO 3 ]). FIG. 2 is a diagram showing MTBD cations and C 4 F 9 SO 3 anions. In some implementations, the cathode catalyst particles can be platinum-cobalt alloys. In some such implementations, the weight ratio of platinum to cobalt may be about 10:1.
いくつかの実装形態において、アノード触媒層１２０および／またはカソード触媒層１３０は、フッ素化高分子（たとえばＮａｆｉｏｎ（商標））などの、固体イオノマーを含んでよい。いくつかの変形形態において、アノード触媒層１２０は、白金（合金であるか否かにかかわらず）を充填密度約０．０５ｍｇＰｔ／ｃｍ２にて含んでよく、カソード触媒層１３０Ｐｔは、白金（合金であるか否かにかかわらず）を、充填密度として約０．１〜約０．１５ｍｇＰｔ／ｃｍ２の範囲（範囲の両端を含む）にて含んでよい。いくつかの実装形態において、イオン液体と、炭素担持カソード触媒粒子との重量比は、約１：１０であってよい。 In some implementations, the anode catalyst layer 120 and/or the cathode catalyst layer 130 may include a solid ionomer, such as a fluorinated polymer (eg, Nafion™). In some variations, the anode catalyst layer 120 may include platinum (whether alloyed or not) at a packing density of about 0.05 mg Pt /cm 2 and the cathode catalyst layer 130Pt may be platinum ( Alloys or not) in a packing density in the range of about 0.1 to about 0.15 mg Pt 2 /cm 2 (inclusive of range). In some implementations, the weight ratio of ionic liquid to carbon-supported cathode catalyst particles can be about 1:10.
ここで、ＰＥＭにより、アノード触媒層１２０とカソード触媒層とが互いにプロトン伝達できるよう配置されているということが理解される。ＭＥＡ １００は、アノード触媒層１２０およびカソード触媒層１３０とそれぞれ接触している第１のガス拡散層１４０Ａおよび第２のガス拡散層１４０Ｂを含んでよい。第１のガス拡散層１４０Ａおよび第２のガス拡散層１４０Ｂは、水素ガスおよび酸素ガスがそれぞれアノード触媒層１２０およびカソード触媒層１３０へと拡散されるよう、かつ、生成した水がカソード触媒層１３０の外へと拡散されるよう構成される。ＭＥＡ １００は、アノード触媒層１２０およびカソード触媒層１３０のそれぞれと電気的に連結するよう、かつこれらを外部回路１６０に接続するよう構成される、アノード集電体１５０Ａおよびカソード集電体１５０Ｂをさらに含んでよい。 Here, it is understood that the PEM arranges the anode catalyst layer 120 and the cathode catalyst layer so that they can transfer protons to each other. The MEA 100 may include a first gas diffusion layer 140A and a second gas diffusion layer 140B that are in contact with the anode catalyst layer 120 and the cathode catalyst layer 130, respectively. The first gas diffusion layer 140A and the second gas diffusion layer 140B allow the hydrogen gas and the oxygen gas to be diffused into the anode catalyst layer 120 and the cathode catalyst layer 130, respectively, and the generated water is generated in the cathode catalyst layer 130. Configured to spread out of the. The MEA 100 further includes an anode current collector 150A and a cathode current collector 150B configured to electrically connect to the anode catalyst layer 120 and the cathode catalyst layer 130, respectively, and to connect them to the external circuit 160. May be included.
いくつかの実装形態において、アノード触媒粒子および／またはカソード触媒粒子は、比表面積が、少なくとも１０ｍ２／ｇ、または２０ｍ２／ｇ、または３０ｍ２／ｇ、または４０ｍ２／ｇ、または５０ｍ２／ｇ、または６０ｍ２／ｇ、または７０ｍ２／ｇ、または８０ｍ２／ｇ、または９０ｍ２／ｇ、または１００ｍ２／ｇであってよい。いくつかの実装形態において、アノード触媒粒子および／またはカソード触媒粒子は、平均最大寸法が１００ｎｍ未満、または９０ｎｍ未満、または８０ｎｍ未満、または７０ｎｍ未満、または６０ｎｍ未満、または５０ｎｍ未満、または４０ｎｍ未満、または３０ｎｍ未満、または２０ｎｍ未満、または１０ｎｍ未満であるナノ粒子であってよい。いくつかの具体的な実装形態において、アノード触媒粒子および／またはカソード触媒粒子の平均最大寸法は２〜５ｎｍであってよい。いくつかの実装形態において、アノード触媒粒子および／またはカソード触媒粒子は多孔質粒子を含んでよい。 In some implementations, the anode catalyst particles and / or cathode catalyst particles has a specific surface area of at least 10 m 2 / g, or 20 m 2 / g, or 30 m 2 / g, or 40 m 2 / g or 50 m, 2 / It may be g, or 60 m 2 /g, or 70 m 2 /g, or 80 m 2 /g, or 90 m 2 /g, or 100 m 2 /g. In some implementations, the anode and/or cathode catalyst particles have an average largest dimension of less than 100 nm, or less than 90 nm, or less than 80 nm, or less than 70 nm, or less than 60 nm, or less than 50 nm, or less than 40 nm, or It may be nanoparticles that are less than 30 nm, or less than 20 nm, or less than 10 nm. In some specific implementations, the average largest dimension of the anode catalyst particles and/or the cathode catalyst particles can be 2-5 nm. In some implementations, the anode catalyst particles and/or the cathode catalyst particles may include porous particles.
いくつかの実装形態において、カソード触媒は、［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］を、カソード触媒粒子に対する重量比範囲１．２５：１〜３．８５：１にて有してよい。いくつかの実装形態において、カソード触媒は、［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］を、カソード触媒粒子に対する重量比範囲２：１〜３：１にて有してよい。いくつかの実装形態において、カソード触媒は、［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］を、カソード触媒粒子に対する重量比範囲２．５：１〜２．６：１にて有してよい。 In some implementations, the cathode catalyst, the [MTBD] [C 4 F 9 SO 3], the weight ratio range for the cathode catalyst particles 1.25: 1 to 3.85: may have at 1. In some implementations, the cathode catalyst may have [MTBD][C 4 F 9 SO 3 ] in a weight ratio range of 2:1 to 3:1 relative to the cathode catalyst particles. In some implementations, the cathode catalyst may have [MTBD][C 4 F 9 SO 3 ] in a weight ratio range of 2.5:1 to 2.6:1 relative to the cathode catalyst particles.
図３Ａおよび図３Ｂは、２種のＰＥＭＦＣを相対湿度４０％において動作させた際の電池電位および電力を、電流密度の関数としてそれぞれ表したプロットである。黒丸印は、市販されている多孔質炭素担体を有するＰｔＣｏ合金カソード触媒粒子を用いた、本発明の教示に係るＭＥＡ １００を有する電池についての結果を示し、白抜き丸印は、カソード触媒層１３０中に［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］を有さないこと以外は本発明の教示に係るＭＥＡ １００と同一である比較用のＭＥＡを有するＰＥＭＦＣについての結果を示す。図４Ａおよび図４Ｂは、カソード触媒粒子のＰｔＣｏ合金が非多孔質炭素担体を用いて調製されていることと、白抜き丸印が本発明の教示に係るＭＥＡ １００を有する電池についてのデータに対応し、黒丸印が比較例についてのデータを表すこと以外は図３Ａおよび図３Ｂに類似するプロットである。 3A and 3B are plots of the cell potential and power as a function of current density, respectively, when operating two PEMFCs at 40% relative humidity. The open circles show the results for cells with MEA 100 according to the teachings of the present invention using commercially available PtCo alloy cathode catalyst particles with a porous carbon support, the open circles show the cathode catalyst layer 130. 7 shows results for a PEMFC with a comparative MEA that is the same as the MEA 100 according to the teachings of the present invention, but without the [MTBD] [C 4 F 9 SO 3 ]. 4A and 4B correspond to the data for the PtCo alloy of the cathode catalyst particles prepared using a non-porous carbon support, and the open circles to cells for cells having MEA 100 according to the teachings of the present invention. However, it is a plot similar to FIGS. 3A and 3B, except that the black circles represent the data for the comparative example.
これらの結果から、カソード触媒層中にイオン液体を有する本発明の教示に係るＭＥＡ １００は、全電流範囲にわたって、比較例よりも優れていることが示される。特に、電気化学インピーダンス分光分析によると、開示されているイオン液体を有するカソード触媒層１３０のプロトン拡散抵抗は、イオン液体を有さないカソード触媒層のプロトン拡散抵抗よりも小さいことが示される。注目されることには、カソード触媒層中にイオン液体を有する本発明の教示に係るＭＥＡ １００における活性化損失は、このイオン液体を有さない比較例における活性化損失よりも小さい。この現象は、カソード触媒層中においてプロトン輸送が改善したことに起因してプロトン供給が増大したために生じたものであり得る。さらに注目されることには、特に図３Ｂの結果において、カソード触媒層中にイオン液体が存在することによって、最大電力密度が実質的に改善されている。 These results show that MEA 100 according to the teachings of the present invention having an ionic liquid in the cathode catalyst layer is superior to the comparative example over the entire current range. In particular, electrochemical impedance spectroscopy analysis shows that the disclosed cathode catalyst layer 130 with ionic liquid has a lower proton diffusion resistance than the cathode catalyst layer without ionic liquid. Notably, the activation loss in MEA 100 according to the teachings of the present invention having an ionic liquid in the cathode catalyst layer is less than the activation loss in a comparative example without this ionic liquid. This phenomenon may be due to increased proton supply due to improved proton transport in the cathode catalyst layer. Of further note, especially in the results of FIG. 3B, the presence of ionic liquid in the cathode catalyst layer substantially improves the maximum power density.
注目されることには、ＭＥＡ １００のカソード触媒層１３０中に［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］が含まれていることによって、カソード触媒粒子の多孔質炭素担体と併用された際（図３Ａおよび図３Ｂ）に、カソード触媒粒子の非多孔質炭素担体と併用された際（図４Ａおよび図４Ｂ）と比較して、性能の向上がより顕著となるようである。いかなる特定の理論に拘束されるものではないが、この現象は、多孔質炭素担体を有する触媒粒子にイオン液体が良好に付着するために生じていると考えられ、そして、この現象によって、粒子とイオン液体との複合体の表面形態に機能的な差異がさらに生じ得るということが考えられる。 It should be noted that the cathode catalyst layer 130 of the MEA 100 contains [MTBD][C 4 F 9 SO 3 ] when used in combination with the porous carbon support of the cathode catalyst particles (see FIG. 3A and 3B), the performance improvement appears to be more pronounced when compared with the non-porous carbon support of the cathode catalyst particles (FIGS. 4A and 4B). Without wishing to be bound by any particular theory, it is believed that this phenomenon occurs because of the good adhesion of the ionic liquid to the catalyst particles having a porous carbon support, and this phenomenon causes It is possible that further functional differences may occur in the surface morphology of the complex with the ionic liquid.
図５Ａおよび図５Ｂは、イオン液体を有するまたは有さない炭素担持白金（Ｐｔ／Ｃ）カソード触媒粒子を使用した２種のＰＥＭＦＣを相対湿度１００％において動作させた際の電池電位および電力を、電流密度の関数としてそれぞれ表したプロットである。図５Ａおよび図５Ｂの場合、黒四角は、本発明の教示に係るＭＥＡ １００についてのデータを表し、白抜き四角は、カソード触媒層１３０中にイオン液体を有さない比較例についてのデータを表す。結果から、カソード触媒層１３０中にイオン液体を有する本発明の教示に係るＭＥＡ １００の電流性能に対する電位および電力密度は、ここでも、全電流範囲にわたって比較例よりも優れていることが示される。このことは、高い電流密度領域（たとえば、２Ａ／ｃｍ２を超える領域）において特に当てはまる。いかなる特定の理論に拘束されるものではないが、高い電流密度領域において、高い相対湿度にて、カソード触媒層１３０中における空気の輸送は支配的な因子であり、電池の性能を決めるものであると考えられる。したがって、本発明の教示に係るＭＥＡ １００が有する優れた性能は、水の速やかな除去とガス拡散抵抗の低下に起因しているのであろう。その結果、電池の性能が改善される。ＰＥＭＦＣは本発明の教示に係るＭＥＡ １００が複数積層されることにより形成されていてよいということが理解される。いくつかの変形形態において、本発明の教示に係るＭＥＡ １００は、［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］が炭素担持アノード触媒粒子と混和されているアノード触媒層を含んでよい。 5A and 5B show the cell potential and power when operating two PEMFCs using carbon supported platinum (Pt/C) cathode catalyst particles with or without ionic liquid at 100% relative humidity. 3 is a plot of each as a function of current density. 5A and 5B, the black squares represent data for the MEA 100 according to the teachings of the present invention, and the open squares represent data for a comparative example having no ionic liquid in the cathode catalyst layer 130. .. The results show that the potential and power density for current performance of the MEA 100 according to the teachings of the present invention having an ionic liquid in the cathode catalyst layer 130 is again superior to the comparative example over the entire current range. This is especially true in high current density regions (eg, above 2 A/cm 2 ). Without being bound by any particular theory, at high current densities, at high relative humidity, air transport in the cathode catalyst layer 130 is a dominant factor and determines cell performance. it is conceivable that. Thus, the superior performance of MEA 100 according to the teachings of the present invention may be due to its rapid removal of water and reduced gas diffusion resistance. As a result, battery performance is improved. It is understood that the PEMFC may be formed by stacking multiple MEA 100 according to the teachings of the present invention. In some variations, MEA 100 according to the teachings of the present invention may include an anode catalyst layer in which [MTBD][C 4 F 9 SO 3 ] is mixed with carbon-supported anode catalyst particles.
本発明が、以下の実施例についてさらに説明される。ここで理解される必要があるのは、以下の実施例は、本発明の具体的な実施形態を例示する目的で記載されるものであって、本発明の範囲を制限するものではないということである。 The invention will be further described in the following examples. It should be understood that the following examples are provided for the purpose of illustrating specific embodiments of the invention and are not intended to limit the scope of the invention. Is.
実施例１ １−メチル−２，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−１Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン−９−イウム １，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホネート（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）の合成
ＭＴＢＤ（３．００ｇ、０．０１９６ｍｏｌ）を水（１００ｍｌ）に溶解した溶液を冷却して０℃とし、この溶液中に硝酸（１．７６ｇ、０．０１９６ｍｏｌ）を滴下によって添加する。続いて、撹拌しながら１時間かけて、ノナフルオロブタンスルホン酸カリウム（８．５８ｇ、０．０１９６ｍｏｌ）を添加する。水相の下にある粘ちょうな流体相として、イオン液体を分離する。これを超純水で４回洗浄する。得られたイオン液体を、減圧下、５０℃において１８時間乾燥させて、融解温度が約４５℃である白色の物質を得る。
Example 1 1-Methyl-2,3,4,6,7,8-hexahydro-1H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin-9-ium 1,1,2,2,3,3,4 Synthesis of 4,4-nonafluorobutane-1-sulfonate ([MTBD][C 4 F 9 SO 3 ]) MTBD (3.00 g, 0.0196 mol) dissolved in water (100 ml) was cooled to 0. C. and nitric acid (1.76 g, 0.0196 mol) is added dropwise to this solution. Subsequently, potassium nonafluorobutanesulfonate (8.58 g, 0.0196 mol) is added over 1 hour with stirring. The ionic liquid separates as a viscous fluid phase below the aqueous phase. This is washed 4 times with ultrapure water. The obtained ionic liquid is dried under reduced pressure at 50° C. for 18 hours to obtain a white substance having a melting temperature of about 45° C.
実施例２ ＭＥＡ作製
Ｐｔ（Ｃｏ）／Ｃ−［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］および純Ｐｔ（Ｃｏ）／Ｃをカソード材料として使用して、ＭＥＡ中において評価する。触媒インクは、エタノール、プロピレングリコール、水、Ｎａｆｉｏｎイオノマー（Ｄ２０２０）、および触媒からなる。カソード触媒粒子としてのＰｔ（Ｃｏ）／Ｃ試料は、市販（田中貴金属工業）されるＰｔＣｏ合金をケッチェンブラックに担持させたものを使用するか（図３Ａおよび図３Ｂ）、または、類似する組成および充填密度を有するＰｔＣｏ合金を粒子の小さな酸化アセチレンブラックに担持させたものを調製する（図４Ａおよび図４Ｂ）。イオノマーと炭素の重量比（Ｉ／Ｃ）および固形分を、それぞれ０．９および１４重量％に維持する。インクスラリーを激しく混合し、ドクターブレードキャスティング法によって、ポリ（テトラフルオロ−エチレン）基板（厚さ０．００２インチ（”）、Ｍａｃｍａｓｔｅｒ−ＣＡＲＲ）上に被覆する。同様に、Ｉ／Ｃ比率が１．０７であるＰｔ／Ｃ（Ｐｔ含有量３０重量％、ＴＥＣ１０ＥＡ３０Ｅ、ＴＫＫ）触媒層を、アノード材料として調製する。被覆層を８０℃において乾燥させて、溶媒を除去する。最終的なアノードおよびカソードのＰｔ含量を、０．０５および０．１〜０．１５ｍｇＰｔ／ｃｍ２に制御する
カソード電極触媒層およびアノード電極触媒層（２ｃｍ×２ｃｍ）をひとつひとつ打ち抜いて、Ｎａｆｉｏｎ ２１１膜の間に挟み、デカール転写技術によって触媒被覆膜（ＣＣＭ）を形成する。熱間圧接条件は１３０℃、０．８Ｍｐａ、および５分間とする。ガス拡散層（２９ＢＣ、ＳＧＬ Ｃａｒｂｏｎ）とＣＣＭとを、蛇行型の流れ場を有する単電池（Ｓｃｒｉｂｎｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）の中に組み込む。
Example 2 MEA produced Pt (Co) / C- [MTBD ] [C 4 F 9 SO 3] and pure Pt (Co) / C was used as the cathode material is evaluated during the MEA. The catalyst ink consists of ethanol, propylene glycol, water, Nafion ionomer (D2020), and catalyst. As the Pt(Co)/C sample as the cathode catalyst particle, a commercially available (Tanaka Kikinzoku Kogyo) carrying PtCo alloy supported on Ketjen black is used (FIGS. 3A and 3B), or a similar composition. And a PtCo alloy having a packing density supported on small-particle acetylene oxide black (FIGS. 4A and 4B). The ionomer to carbon weight ratio (I/C) and solids are maintained at 0.9 and 14% by weight, respectively. The ink slurry is mixed vigorously and coated onto a poly(tetrafluoro-ethylene) substrate (thickness 0.002 inch ("), Macmaster-CARR) by the doctor blade casting method. Similarly, the I/C ratio is 1. A Pt/C (Pt content 30 wt%, TEC10EA30E, TKK) catalyst layer of 0.07 is prepared as the anode material.The coating layer is dried at 80° C. to remove the solvent. Control Pt content of 0.05 and 0.1 to 0.15 mg Pt/cm2. Cathode electrode layer and anode electrode catalyst layer (2 cm x 2 cm) are punched out one by one, sandwiched between Nafion 211 films, and decal transferred. A catalyst coated film (CCM) is formed by the technique, the hot pressure welding conditions are 130° C., 0.8 MPa, and 5 minutes, the gas diffusion layer (29BC, SGL Carbon) and the CCM are formed in a meandering flow field. It is incorporated in a single cell (Scribner Associates) having a.
実施例３ ＭＥＡ評価
８５０ｅ燃料電池試験システム（Ｓｃｒｉｂｎｅｒ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）を使用して、ＭＥＡの性能評価を行なう。まず、Ｈ２／空気（０．５ ＮＬＰＭ／１ ＮＭＰＭ）下、４５℃、相対湿度（ＲＨ）１００％において、０．９Ｖ〜０．１Ｖの間で掃引するサイクルを数百回行なうことによって、ＭＥＡを活性化する。次いで、ＭＥＡのｉ−Ｖ性能を、８０℃において、４０％ＲＨおよび１００％ＲＨのそれぞれにて試験する。アノードおよびカソードに、絶対圧力１５０Ｋｐａにて、超純Ｈ２および空気（Ｕｌｔｒａｐｕｒｅ Ｈ２ ａｎｄ Ａｉｒ、Ａｉｒｇａｓ）を供給する。電流密度については、２Ａ／ｃｍ２に到達するまでの漸増幅を０．０５Ａ／ｃｍ２に設定し、反応電圧を並行して記録する。測定期間中を通して、高周波抵抗（ＨＦＲ）も調べる。
Example 3 MEA Evaluation MEA performance evaluation is performed using a 850e fuel cell test system (Scribner Associates). First, by performing several hundred cycles of sweeping between 0.9 V and 0.1 V under H2/air (0.5 NLPM/1 NMPM) at 45° C. and 100% relative humidity (RH), the MEA. Activate. The MEA iV performance is then tested at 80° C. at 40% RH and 100% RH, respectively. Ultra pure H2 and air (Ultrapure H2 and Air, Airgas) are supplied to the anode and the cathode at an absolute pressure of 150 Kpa. Regarding the current density, the gradual amplification until reaching 2 A/cm 2 is set to 0.05 A/cm 2, and the reaction voltage is recorded in parallel. High frequency resistance (HFR) is also examined throughout the measurement period.
重量測定法によって、イオン液体（ＩＬ）中のＯ２の溶解度を求める。Ｏ２が吸着または脱着する際の試料の重量変化を、温度および圧力を固定した状態で監視する。具体的には、磁気浮遊天秤（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｂａｌａｎｃｅ：ＭＳＢ）（Ｒｕｂｏｔｈｅｒｍ社）を使用する。まず、試料の容器にイオン液体試料約１ｇを添加し、次いで、およそ１０−５バールに達するまで脱気する。水および他の揮発性不純物を蒸発させた後、チャンバをＯ２にて加圧して、ある特定の圧力とする。Ｏ２とイオン液体試料とが気液平衡に到達し、少なくとも２０分間絶えず秤量することによって、気液平衡到達を確認する。吸着等温線を得た後、試料チャンバ内の圧力を段階的に低下させて、脱着等温線を得る。この吸着等温線と脱着等温線とにより、完全な等温線が構成される。浮力の影響を考慮して、値を補正する。時間依存性の吸着プロファイルからＯ２拡散係数を得て、簡略化された質量拡散法によって、Ｏ２吸着を数学的にモデル化する。 The solubility of O 2 in the ionic liquid (IL) is determined gravimetrically. The weight change of the sample when O 2 is adsorbed or desorbed is monitored while the temperature and the pressure are fixed. Specifically, a magnetic suspension balance (MSB) (Rubotherm) is used. First, about 1 g of the ionic liquid sample is added to the sample container and then degassed until it reaches approximately 10 −5 bar. After evaporating the water and other volatile impurities, the chamber is pressurized with O 2 to a certain pressure. Gas-liquid equilibrium is reached for O 2 and the ionic liquid sample, and vapor-liquid equilibrium is confirmed by constantly weighing for at least 20 minutes. After obtaining the adsorption isotherm, the pressure in the sample chamber is gradually reduced to obtain the desorption isotherm. The adsorption isotherm and the desorption isotherm form a complete isotherm. Correct the value considering the influence of buoyancy. The O 2 diffusion coefficient is obtained from the time-dependent adsorption profile to mathematically model the O 2 adsorption by the simplified mass diffusion method.
上述される説明は本質的に単なる例示であり、本開示または本開示の用途もしくは使用の限定を意図するものではない。本明細書中で用いられる、Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１種（１つ）という表現は、非排他的な論理「または」を使用した「ＡまたはＢまたはＣ」という論理を意味すると解釈されるべきである。ある方法に含まれる多様な工程が異なる順序で行なわれても本開示の原理は変更されないことが理解される。範囲の開示は、範囲全体に含まれる個々の範囲と個々の細分された範囲とのすべてが開示されていることを含む。 The above description is merely exemplary in nature and is not intended to limit the present disclosure or the application or uses of the present disclosure. As used herein, the expression at least one (one) of A, B, and C is taken to mean the logic "A or B or C" using the non-exclusive logic "or". It should be. It is understood that the various principles involved in a method may be performed in different orders without changing the principles of the present disclosure. Disclosure of ranges includes the disclosure of all individual ranges and individual subranges subsumed within the entire range.
本明細書中において用いられる見出し（たとえば「背景」および「概要」など）および小見出しは、本開示の範囲に含まれるトピックを概括的に整理することのみを意図するものであって、本技術またはその任意の態様の開示内容を限定することを意図するものではない。説明された特徴を有する複数の実施形態についての記載は、さらなる特徴を有する他の実施形態、または説明された特徴の別の組み合わせを組み込んだ他の実施形態の除外を意図するものではない。 Headings (eg, “background” and “summary”) and subheadings used herein are intended only to provide a general overview of topics within the scope of the present disclosure, or It is not intended to limit the disclosure of any of its aspects. The description of embodiments with the described features is not intended to exclude other embodiments having the additional features or incorporating other combinations of the described features.
本明細書で用いられる「備える」および「含む」という用語ならびにそれらの変形は非限定を意図しており、項目の連続的な記載または列記は、本技術のデバイスおよび方法において有用であってもよい他の類似の項目を除外するものではない。同様に、「できる（し得る）」「して（も）よい」という用語ならびにそれらの変形は非限定を意図しており、ある実施形態が特定の要素または特徴を含み得るまたは含んでよいという記載は、こうした要素または特徴を含んでいない、本発明に係る技術の他の実施形態を除外しない。 As used herein, the terms “comprising” and “including” and variations thereof are intended to be non-limiting, and a continuous description or listing of items may be useful in the devices and methods of the present technology. Good does not exclude other similar items. Similarly, the terms “may” and “may” and variations thereof are intended to be non-limiting and that an embodiment may or may include certain elements or features. The description does not exclude other embodiments of the technology according to the invention that do not include such elements or features.
本開示の広範な教示内容は、多様な形態において実施することができる。したがって、本開示は具体例を含むが、当業者が明細書および下記の請求項を研究することにより他の改変が明らかとなるため、本開示の真の範囲は、本開示に含まれる具体例に限定されるべきではない。本明細書中において一態様または多様な態様に対する言及は、ある実施形態または特定のシステムに関連して記載される具体的な特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの実施形態または態様に含まれることを意味する。「一態様において」という表現（またはその変形）が記載される場合、これは必ずしも同一の態様または実施形態を指すものではない。また、本明細書中に記載される多様な方法ステップは、記載される順序と同じ順序での実施が必須というわけではないこと、および、方法ステップの各々が各態様または実施形態において必要だというわけではないことが理解されるべきである。 The broad teachings of the disclosure can be implemented in a variety of forms. Thus, while the present disclosure includes specific examples, the true scope of the present disclosure is limited to the specific examples included in the present disclosure, as other modifications will be apparent to those skilled in the art after studying the specification and claims below. Should not be limited to. Reference herein to one or more aspects includes the particular feature, structure, or characteristic described in connection with an embodiment or a particular system in at least one embodiment or aspect. Means that. When the phrase "in one aspect" (or variations thereof) is recited, this does not necessarily refer to the same aspect or embodiment. Also, the various method steps described herein are not necessarily performed in the same order as described, and each of the method steps is required in each aspect or embodiment. It should be understood that this is not the case.
上述される実施形態の説明は、例示および説明の目的で提供される。網羅的であることも、本開示を限定することも意図していない。具体的な一実施形態の個々の要素または特徴は、一般的にはその具体的な実施形態に限定されず、適切な場合には、具体的な表記または記載がなくても、交換可能であり、かつ選択された実施形態において使用できる。また、具体的な一実施形態の個々の要素または特徴は、様々に変更されてもよい。このような変更は、本開示の範囲からの逸脱であるとみなされるべきではなく、このような改変はすべて、本開示の範囲内に含まれることが意図される。 The description of the embodiments described above is provided for purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or limiting the present disclosure. Individual elements or features of a particular embodiment are generally not limited to that particular embodiment and, where appropriate, may be interchanged without a particular notation or description. , And can be used in selected embodiments. Also, the individual elements or features of a particular embodiment may be modified in various ways. Such changes should not be considered as deviations from the scope of the present disclosure, and all such modifications are intended to be included within the scope of the present disclosure.
Claims (20)
前記ＭＥＡはアノード触媒層を含み、前記アノード触媒層は、
白金、および
白金合金
からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持アノード触媒粒子を含み、
前記ＭＥＡは、さらに、カソード触媒層を含み、前記カソード触媒層は、
白金、および
白金合金
からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持カソード触媒粒子と、
１−メチル−２，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−１Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン−９−イウム １，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホネート（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）を含むイオン液体との混合物を含み、
前記ＭＥＡは、さらに、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜を含む、ＭＥＡ。 A membrane electrode assembly (MEA) for a polymer electrolyte membrane fuel cell, comprising:
The MEA includes an anode catalyst layer, and the anode catalyst layer is
Comprising carbon-supported anode catalyst particles containing particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys,
The MEA further comprises a cathode catalyst layer, the cathode catalyst layer comprising:
Carbon-supported cathode catalyst particles containing particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys,
1-methyl-2,3,4,6,7,8-hexahydro-1H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin-9-ium 1,1,2,2,3,3,4,4,4 - comprises a mixture of an ionic liquid containing a nonafluorobutane-1-sulfonate ([MTBD] [C 4 F 9 SO 3]),
The MEA further comprises a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer.
前記ＭＥＡはアノード触媒層を含み、前記アノード触媒層は、
白金、および
白金合金
からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持アノード触媒粒子と、
１−メチル−２，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−１Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン−９−イウム １，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホネート（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）を含むイオン液体との混合物を含み、
前記ＭＥＡは、さらに、カソード触媒層を含み、前記カソード触媒層は、
白金、および
白金合金
からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持カソード触媒粒子と、
（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）を含むイオン液体との混合物を含み、
前記ＭＥＡは、さらに、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜を含む、ＭＥＡ。 A membrane electrode assembly (MEA) for a polymer electrolyte membrane fuel cell, comprising:
The MEA includes an anode catalyst layer, and the anode catalyst layer is
Carbon-supported anode catalyst particles containing particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys;
1-methyl-2,3,4,6,7,8-hexahydro-1H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin-9-ium 1,1,2,2,3,3,4,4,4 - comprises a mixture of an ionic liquid containing a nonafluorobutane-1-sulfonate ([MTBD] [C 4 F 9 SO 3]),
The MEA further comprises a cathode catalyst layer, the cathode catalyst layer comprising:
Carbon-supported cathode catalyst particles containing particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys,
([MTBD][C 4 F 9 SO 3 ]) and a mixture with an ionic liquid,
The MEA further comprises a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer.
前記複数のＭＥＡの各々はアノード触媒層を含み、前記アノード触媒層は、
白金、および
白金合金
からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持アノード触媒粒子を含み、
前記複数のＭＥＡの各々は、さらに、カソード触媒層を含み、前記カソード触媒層は、
白金、および
白金合金
からなる群より選択される金属の粒子を含む炭素担持カソード触媒粒子と、
１−メチル−２，３，４，６，７，８−ヘキサヒドロ−１Ｈ−ピリミド［１，２−ａ］ピリミジン−９−イウム １，１，２，２，３，３，４，４，４−ノナフルオロブタン−１−スルホネート（［ＭＴＢＤ］［Ｃ４Ｆ９ＳＯ３］）を含むイオン液体との混合物を含み、
前記複数のＭＥＡの各々は、さらに、前記アノード触媒層と前記カソード触媒層との間のプロトン伝達を媒介する高分子電解質膜を含む、ＰＥＭＦＣ。 A polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) formed by stacking a plurality of membrane electrode assemblies (MEA), comprising:
Each of the plurality of MEAs includes an anode catalyst layer, and the anode catalyst layer comprises
Comprising carbon-supported anode catalyst particles containing particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys,
Each of the plurality of MEAs further includes a cathode catalyst layer, the cathode catalyst layer comprising:
Carbon-supported cathode catalyst particles containing particles of a metal selected from the group consisting of platinum and platinum alloys,
1-methyl-2,3,4,6,7,8-hexahydro-1H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin-9-ium 1,1,2,2,3,3,4,4,4 - comprises a mixture of an ionic liquid containing a nonafluorobutane-1-sulfonate ([MTBD] [C 4 F 9 SO 3]),
The PEMFC, wherein each of the plurality of MEAs further includes a polymer electrolyte membrane that mediates proton transfer between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/239,082 | 2019-01-03 | ||
| US16/239,082 US11189851B2 (en) | 2019-01-03 | 2019-01-03 | Catalyst layer composition for improved performance of membrane assembly electrode with ionic liquid |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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